蒸发式过冷水制冰液滴蒸发结晶的模拟.pdf

第32卷第23期
农业工程学报
VOL32 No. 2
2016年12月
I ransactions of the Chinesc Socicty of Agricultural Enginccring
Icc.2016
蒸发式过冷水制冰液滴蒸发结晶的模拟
马善军,李鹏辉2,孔令健2,李少华,韩吉田2
.华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京102206:2.山东大学能源与动力工程学院,济南250061)
摘要:蒸发式过冷水制冰系统中液滴传热传质特性研究具有重要意义。为了分析蒸发式过冷水制冰系统中液滴的热质
传输特性,该义将单个液滴冷却结晶过程分为全液相区、固-液两相区和全固相区3个不同区域,建立液滴在大空间内蒸
发降温结晶过程的数学模型,通过数值求解方法研究其在大空间蒸发室内降温结晶过程的温度变化特性,进一步分析液
滴和空气的入口参数与液滴个蒸发结晶特性的关系,为蒸发式过冷水制冰系统的结构优化设计和运行管理提供参考依据。
关键词:蒸发;冷冻;冰;蒸发过冷水;冰蓄冷;冰浆;液滴;降温结晶
doi:10.11975/i.issn.1002-6819.2016.23.029
中图分类号:TK02
文献标志码:A
文章编号:10026819(2016)23021305
马善军,李鹏辉,孔令健,李少华,韩吉田.蒸发式过冷水制冰液滴蒸发结晶的模.农业工程学报,2016,32(23)
doi:10.119751isn.1002-6819.2016.23.029htt;:/www.tcsae.oIg
Ma Shanjun, Li Penghui, Kong Lingjian, Li Shaohua, Han Jitian Modeling of water droplet in super-cooling water evaporative
systcm for icc slurry production L J Iransactions o the Chinesc Socicty of Agricullural Enginccring(Transactions OT the CSAL
2016, 32(23): 213 217. (in Chinese with English abstract)
doi:10.11975jS.1002-6819.2016.23.02
hulp:i/www.lcsac.org
言
论分析和试验研究,并建立了其数学模型,所得模拟结
果与试验数据吻合较好。 Satoh等对真空室中水滴蒸发
冰蓄冷技术是实现电力“移峰填谷”和缓解尖峰电过程的冷却/冻结现象进行了试验研究,发展了预测液滴
力供需矛盾的有效途径之一,对于解决由于制冷空调导结晶过程的数学模型。 Bedecarrals等?研究了利用过冷水
致的用电矛盾具有重要意义。由于冰水混合物(冰浆)流制取冰浆的方法,得到了过冷度、流量和制冷温度等
具有流动性好和相变潜热大等优点,特別适合于大规模参数对结品过程的影响。 Heneghan等?对气泡加速纯过
和高能量密度的冷量储存和输送过程,基于冰浆技术的动冷水核化的液体-冰晶非均匀核化现象进行了研究。章学
态冰蓄能技术已成为目前蓄冷领或的重要发展方向之一。来等研究了不同种类成核添加剂刈降低蓄冰成核过冷
蒸发式过冷水制冰是一种冰浆制备新方法。其工作。度的影响,干世清等对基于热管的自然冷源制冰技术
原理为:水通过爪力喷嘴后被雾化成小水滴,低温的湿方案进行了初步的研究。李福乐研究了基于空气喷射
空气中的水滴由于蒸发吸热而被过冷到0C以下,过冷
解除过冷的冰浆连续制备方法,其研究结果表明空气喷
水滴在解冷装置的解冷作用下即可变成冰浆。该方法克
射法可以有效解除水结冰过程中的过冷度。马车等和
服了传统过冷水法制冰易出现冰堵等问题,且具有较高
的制冰效率2。因此,蒸发式过冷水冰浆制备技术被认
李鵬辉对蒸发式过冷水法制冰系统中液滴的热质传输
为是一种具有良好工程应用前景的制冰技术。
特性进行了研究,通过将液滴的蒸发结晶过程分为个液相
为了发展发式过冷水冰浆制备技术,国内外已对
区、固-液两相区和全固相3个不同区域,发展了描述液滴
低温湿空气中液滴冷却结晶过程进行了研究。Kim等
冷却结晶过程的数学模型,对其进行了数值模拟研究
研究了蒸发式过冷水制冰系统中液滴全液相区的降温特
本文在已有研究工作的基础上,以蒸发式过冷水冰
性,得到了其降温过程的模拟结果。Shin等?对水雾蒸发浆制备系统中垂直下降的液滴为研究对象,分别按照个
法制取球形冰颗粒过程进行了理论与试验研究,其发展液相、固液两相和个固相3个不同区域,建立大空间蒸
的扩散控制蒸发模型的预测结果与试验数据吻合良好。
发室内单个液滴降温结晶过程的数学模型,研究不同液
Strub等?对低温湿空气中水滴的冷却结晶特性进行了理
滴和空气初始参数等对于整个液滴结晶过程的影响,得
到蒸发结晶过程中液滴参数的变化特性,为蒸发式过冷
收稿日期:2016-03-31修订日期:2016-08-27
水制冰系统的有效设计和可靠运行提供参考
基金顷H:图家自然科学基金(51376110);教育部博士点基金
数学模型
(2013013110006
作者简介:马善军,博士生,高级T程师,主要从事换热器设计、材料腐蚀
为了建立蒸发式过冷水冰浆制备过程中液滴蒸发结
防护和传热传质方面研究。北京华北电力大学能源动力与机械工程学
品的数学模型,假定液滴在低温低大空间中经历由降
102206.Email:mashanjun(@cgd.com.cn
通信作者:韩吉田,教授,博士,博士牛导师,主要从燃料电泡、总能
温、结品而达到结冰的过程,不考虑其解除过冷环节的
系统和多相流方面研究。済南山东大学能源与动力工.程学院,250061
影响,并做如下简化假设:1)空气和水蒸气均是理想气
Fmail: than(@sdu.edu. c
体;2)液滴形状为球形:3)液滴与空气为逆向流动,且
万方数括